DE19903824A1 - System zur Überwachung eines elektrostatischen Zerstäubers - Google Patents
System zur Überwachung eines elektrostatischen ZerstäubersInfo
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- B05B5/0403—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by having rotary outlet or deflecting elements, i.e. spraying being also effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
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Abstract
Ein System dient zur Überwachung eines elektrostatischen Zerstäubers, insbesondere eines Hochleistungszerstäubers, in einer Lackieranlage. Das System weist dabei wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit auf. Durch Strom- und Spannungssensoren werden die elektrischen Kenngrößen des elektrostatischen Zerstäubers fortlaufend von der Datenverarbeitungseinheit erfaßt. Bei Über- bzw. Unterschreitung von vorgegebenen Grenzwerten eines Spannung-Strom-Verhältnisses wird ein elektrisches Signal aktiviert .
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung ei
nes elektrostatischen Zerstäubers nach der im Oberbe
griff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Allgemein bekannt ist es, in Fertigungsprozessen die
Qualität anhand von Stichproben und speziell ausgelö
sten Messungen zu bewerten. Der Nachteil bei dieser
allgemein üblichen Vorgehensweise liegt dabei im zeit
lich erst nach der Fertigung erfolgenden Diagnosepro
zeß. Dies bedeutet nämlich, daß eine Fehlfunktion
und/oder ein Defekt der Fertigungsanlage erst durch
das Auftreten eines oder mehrerer bereits fehlerhaft
gefertigter Bauteile erkannt werden kann.
Insbesondere bei Lackieranlagen für Fahrzeugkarosseri
en ist der Aufwand, fehlerhaft lackierte Karosserien
nachzuarbeiten, erheblich. Außerdem ist in diesem Fall
auch die Menge Aufwand des eingesetzten Arbeitsmedi
ums, hier des Lacks, besonders hoch. Ein weiterer
Nachteil ist hierbei auch in der Umweltbelastung durch
den unnötig hohen Lackverbrauch zu sehen.
Einer der in Lackieranlagen am häufigsten auftretenden
Fehler wird dabei durch eine Fehlfunktion an einem
Lackzerstäuber, meistens einem elektrostatischen
Hochleistungszerstäuber, ausgelöst. Die Fehlfunktio
nen, welche sich durch unzureichend ebene Lackoberflä
chen (Läufer, Tropfenbildung, rauhe Stellen) beim fer
tig lackierten Bauteil bemerkbar machen, sind dabei
fast immer auf Verschmutzungen an dem Zerstäuber zu
rückzuführen. Die Verschmutzungen könnten zwar relativ
leicht beseitigt werden, in einer automatisierten Fer
tigung werden sie jedoch nur in Ausnahmefällen er
kannt, da das Bedienpersonal der Anlage keinen direk
ten Kontakt mit den Zerstäubern hat.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
System zu schaffen, bei dem während der Lackierung
Zeichen für möglicherweise drohende Qualitätseinbußen
durch Verschmutzungen und/oder Defekte an den elektro
statischen Zerstäubern festzustellen sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn
zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.
Da bei den elektrostatischen Hochleistungszerstäubern
durch neben dem eigentlichen Zerstäuber angeordnete
Elektroden die Lacktröpfchen ein entsprechend hohes
Spannungspotential gegenüber dem geerdeten, zu lackie
renden Bauteil, hier insbesondere einer Fahrzeugkaros
serie, und dem ebenfalls geerdeten Zerstäuber haben,
ergibt sich bei einer solchen Anlage ein Stromfluß, in
Form einer Gasentladung, von den Elektroden zu dem
Bauteil einerseits und von den Elektroden zu dem Zer
stäuber andererseits. Dieser Stromfluß und die Poten
tialdifferenz können gemessen werden. Bei arbeitendem
Zerstäuber, d. h. bei stattfindender Lackierung, kann
man nun davon ausgehen, daß die äußeren Bedingungen
wie Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftsinkgeschwindig
keit, Lackeigenschaften, Lackmenge und Luftmenge sich
praktisch nicht ändern. Deshalb müßten die elektri
schen Kenngrößen des Zerstäubers wenigstens annähernd
konstant bleiben.
Durch eine Überwachung der elektrischen Kenngrößen am
Zerstäuber, wobei hier in besonders vorteilhafter Wei
se das Spannung-Stromverhältnis überwacht wird, wird
eine sehr einfache und effektive Überwachung der ge
samten Zerstäubereinheit ermöglicht.
Ändert sich nämlich das gemessene Spannung-
Stromverhältnis während eines Lackiervorgangs, so kann
daraus auf einen Fehler, insbesondere auf eine zuneh
mende Verschmutzung des Zerstäubers, geschlossen wer
den.
Durch die Verschmutzung des vorderen, rotierenden, die
eigentliche Zerstäubung realisierenden Bereichs, des
sogenannten Glockentellers, setzt sich eine zunehmend
dicker werdende Lackschicht auf diesem Glockenteller
ab und behindert so den Stromfluß von der Elektrode zu
dem geerdeten Zerstäuber. Dadurch wird auch der Strom
fluß von der Elektrode zur Fahrzeugkarosserie beein
flußt, das heißt der Widerstand der Gasentladungen
ändert sich. Mißt man nun den Gesamtwiderstand dieser
beiden Spannungs-Stromverhältnisse, kann man aus einer
Widerstandsänderung auf eine beginnende Verschmutzung
und eine drohende Fehlfunktion des Zerstäubers schlie
ßen.
Nun kann ein Warnsignal aktiviert werden und der Zer
stäuber kann eine Reinigung, z. B. durch das Bedienper
sonal der Anlage, erfahren, bevor sich die Verschmut
zung in der Qualität der lackierten Bauteile nieder
schlägt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem nachfol
gend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 einen prinzipmäßig dargestellten elektrostati
schen Hochleistungszerstäuber;
Fig. 2 einen Schnitt durch den Glockenteller des
elektrostatischen Hochleistungszerstäubers ge
mäß der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 den schematischen Aufbau des elektrostatischen
Hochleistungszerstäubers und dessen Funkti
onsprinzip; und
Fig. 4 einen Ersatzschaltplan des elektrischen Funk
tionsprinzips des elektrostatischen Hochlei
stungszerstäubers.
Fig. 1 zeigt einen elektrostatischen Hochleistungszer
stäuber 1, welcher sich prinzipmäßig aus einem Grund
körper 2 und einer Glocke 3 zusammensetzt. An dem
Grundkörper 2 die elektrischen Anschlußelemente 4 und
mehrere Hochspannungskerzen 5 bzw. Elektroden 5 zu
erkennen. Üblicherweise werden sechs bis acht Elektro
den 5 kreisförmig um die Glocke 3 angeordnet. Im dar
gestellten Ausführungsbeispiel sind davon nur drei
Elektroden 5 erkennbar.
An der von dem Grundkörper 2 abgewandten Seite der
Glocke 3 weist diese einen Glockenteller 6 auf. Dieser
Glockenteller 6 oder zumindest ein Bereich dieses
Glockentellers 6 führt eine schnelle rotatorische Be
wegung aus und übernimmt die Zuführung des Lacks in
einen Luftstrom, durch welchen dann die eigentliche
Zerstäubung des zu zerstäubenden Lacks erfolgt. Lack
und Druckluft werden dabei in der Glocke 3 durch ge
trennte Zuleitungselementen (nicht dargestellt) zuge
führt.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Glockenteller 6
dargestellt. Wie beschrieben strömen Druckluft und
Lack zu dem Glockenteller 6. Dabei gelangt der Lack
durch einen Lackzulauf 7, welcher mit einem Ventil
(nicht dargestellt) versehen ist auf einen rotierenden
Förderteller 8.
Durch die schnelle Rotationsbewegung des Fördertellers
8 fließt der Lack auf dem Förderteller 8 radial nach
außen und gelangt entlang der Unterseite eines über
dem Förderteller 8 angeordneten Trennelements 9 zu
dessen äußerem Umfang 10. Auf der Oberseite des Tren
nelements 9 bewegt sich ein Druckluftstrom, welcher im
Bereich des Umfangs 10 die Lackpartikel als Lacktröpf
chen 11 mitreißt und damit den Lack zerstäubt.
Dieses Gemisch aus Luft und Lacktröpfchen 11 gelangt
dann auf ein zu lackierendes Bauteil 12 bzw. die zu
lackierende Fahrzeugkarosserie 12, wie dies in Fig. 3
zu erkennen ist. Dabei bewegt sich das Gemisch aus
Luft und Lacktröpfchen 11 an den Elektroden 5 vorbei,
wobei die Lacktröpfchen 11 ein elektrostatisches Feld
13 durchfliegen und aufgeladen werden. Die aufgelade
nen Lacktröpfchen 11 setzen sich dann bevorzugt auf
der geerdeten Fahrzeugkarosserie 12 ab. Durch die
elektrische Anziehung zwischen Lacktröpfchen 11 und
Fahrzeugkarosserie 12 gelangen die Lacktröpfchen 11
dabei auch an Bereiche der Fahrzeugkarosserie 12, die
sie bei einem normalen Lackspritzverfahren nicht er
reichen würden, wie z. B. Hinterschneidungen. Dies be
ruht darauf, daß Lacktröpfchen 11 die durch die sie
zerstäubende Druckluft an der Fahrzeugkarosserie 12
vorbeigeschleudert werden durch die elektrische Anzie
hung zwischen Lacktröpfchen 11 und Fahrzeugkarosserie
12 abgebremst und zur Fahrzeugkarosserie 12 zurückbe
wegt werden.
Weiterhin ist in Fig. 3 prinzipmäßig dargestellt, daß
der elektrostatische Hochleistungszerstäuber 1 selbst
ebenfalls geerdet ist. Dies ist notwendig, um eine
Aufladung des zu zerstäubenden Lacks am Glockenteller
6 und damit des kompletten Systems mit Lackvorrat
stanks, Dosierpumpe und Lackförder- und Lackbevor
ratungssystem (alle nicht dargestellt), auf die ent
sprechende Potentialdifferenz zu vermeiden.
In Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild für das schemati
sche Funktionsprinzip des elektrostatischen Hochlei
stungszerstäubers 1 zu dargestellt. Das Schaltbild
zeigt eine Stromquelle, welche z. B. als geregelte Kon
stantstromquelle ausgebildet sein kann, und eine inte
grierte Sensorik 14 zur Erfassung des Stroms I bzw.
der Stromstärke I aufweist.
Ein mit Rg bezeichneter elektrischer Widerstand faßt
die Gasentladungswiderstände zwischen der Elektrode 5
und dem Glockenteller 6 sowie zwischen der Elektrode 5
und der Fahrzeugkarosserie 12 zusammen. Eine Spannung
URe über dem Gesamtwiderstand Re der Elektroden 5 wird
von einer an sich bekannten Meßsensorik 15 zur wider
standsmessung erfaßt. Die Spannung URe ist abhängig
davon, ob lackiert wird oder nicht. Ausschlaggebend
für diesen Zustand ist die Änderung des Widerstandes
Rg, welcher über den konstanten und/oder gemessenen
Strom I und Spannungswert URe von einer Datenverarbei
tungseinheit (nicht dargestellt) leicht ermittelt wer
den kann. Die Spannung URe wird während der Lackierung
kleiner als bei der Nichtlackierung, da durch die von
den zerstäubten Lack transportierten Ladungen ein
Strom fließt von den Elektroden 5 zur Fahrzeugkarosse
rie 12 bzw. zum Zerstäuber 1 fließt. Die Änderung der
Spannung URe beträgt dabei etwa 20 kV. Mit beginnender
Lackierung kommt es dann zu einem Einschwingen des
Spannungswertes URe auf ca. 80 kV, wobei dieser wäh
rend des Lackiervorgangs bei wenigstens annähernd kon
stanten äußeren Prozeßparametern nahezu konstant
bleibt.
Das absolute Spannungswertniveau URe ist dabei jedoch
von folgenden Einflußparametern abhängig: Aufbau des
Zerstäubers 1 (sechs oder acht Elektroden 5), Luft
feuchte, Lufttemperatur, Luftsinkgeschwindigkeit, Lack
eigenschaften, Lackmenge, Druckluftmenge, Glockentel
lerdrehzahl und dem Bereich der Fahrzeugkarosserie 12,
der mit Lack beschichtet wird (z. B. Schiebedach, Kot
flügel, Radkasten).
Das heißt, die Überwachung des absoluten Spannungswer
tes URe setzt konstante oder wenigstens annähernd kon
stante Werte dieser oben genannten Einflußparameter
voraus, da die Überwachung ansonsten stark verfälschte
Werte liefern könnte. Wenn diese Konstanz der Einfluß
parameter über den relativ kurzen Zeitraum jeder ein
zelnen Lackierung einigermaßen gewährleistet ist, so
läßt sich an einem Absinken des absoluten Spannungs
werts URe eine Verschmutzung des Zerstäubers 1 erken
nen. Hat der Zerstäuber 1 einen gewissen Verschmut
zungsgrad erreicht, welcher sich durch das Absinken
des absoluten Spannungswertes URe unter einen vorgege
benen Grenzwert zeigt, so muß eine Reinigungspause
eingelegt werden. Durch eine solche Reinigung des Zer
stäubers 1 bzw. des Glockentellers 6 läßt sich die
gleichbleibend hohe Qualität der Lackierung gewährlei
sten.
Ein weiteres Anzeichen für eine drohende Qualitätsein
buße bei der Lackierung auch liegt dann vor, wenn das
Spannungssignal URe mit einem starken Rauschen behaf
tet ist. Dies weist dann auf Störungen des elektrosta
tischen Feldes hin, welche gegebenenfalls in einer
Beschädigung einer oder mehrerer der Elektroden 5 zu
suchen wären.
Die eigentliche Überwachung des Spannungswertes URe
erfolgt durch die der Datenverarbeitungseinheit. Der
Spannungswert URe wird dabei mittels einem für die
entsprechenden Fahrzeugkarosserieteilbereiche automa
tisch aufzustellenden Grenzwert überwacht. Zur Unter
scheidung nach vorzugebenden Randbedingungen, also dem
Karosserieteilbereich, dem Farbtyp und der Farbmenge,
wird ein deterministisch endlicher Zustandsautomat
genutzt, der als Eingangssignale ein diskreditiertes
Fördersignal, eine Farbnummer und einen Drehzahlwert
einer Dosierpumpe benutzt. Der Zustandsautomat wird
mittels diesen Signalen automatisch generiert. An
schließend wird jedem Zustand eine Diagnosefunktion
zugeordnet, wobei die erforderlichen Grenzwerte dabei
aus speziellen Trainingsdaten automatisch generiert
werden.
Durch die Kombination aller ihr zur Verfügung stehen
den Daten kann die Datenverarbeitungseinheit durch
einfache logische Funktionen die einzelnen Umgebungs
bedingungen, wie Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luft
sinkgeschwindigkeit, Druckluftmenge und Glockendreh
zahl gegeneinander verriegeln. Dabei wird ein die Ver
schmutzung des Zerstäubers 1 andeutendes Signal bzw.
ein Alarm, nur dann ausgelöst, wenn sich der absolute
Spannungswert URe über den in Abhängigkeit der Randbe
dingungen ermittelten Grenzwert bewegt, wobei die Um
gebungsbedingungen annähernd konstant geblieben sind.
Dadurch kann die Anzahl an Fehlalarmen, die auf sich
verändernde Umgebungsbedingungen zurückzuführen sind,
minimiert werden.
Aufgrund von Nässe bzw. Lösungsmittel auf dem Zerstäu
ber, die durch eine Zerstäuberreinigung eingebracht
wird, kann es zu Fehlermessungen bzw. Fehlinterpreta
tionen der Messwerte kommen, da durch die Nässe unkon
trollierbare Ströme in dem System fließen können. Um
das System durch die von der Zerstäuberreinigung ver
ursachten Fehler nicht unnötig zu belasten, wird je
weils nach der Zerstäuberreinigung über eine voreinge
stellte Zeitverzögerung ein gewisser Zeitraum nicht
überwacht. Da dies jedoch unmittelbar nach einer Zer
stäuberreinigung erfolgt, ist zu diesem Zeitpunkt oh
nehin nicht mit verschmutzungsbedingten Qualitätspro
blemen zu rechnen.
Claims (6)
1. System zur Überwachung eines elektrostatischen
Zerstäubers, insbesondere eines Hochleistungszer
stäubers, in einer Lackieranlage, mit wenigstens
einer Datenverarbeitungseinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch Strom- und Spannungssensoren (14, 15) die
elektrischen Kenngrößen des elektrostatischen Zer
stäubers (1) fortlaufend von der Datenverarbei
tungseinheit erfaßt werden, und daß bei Über- bzw.
Unterschreitung von vorgegebenen Grenzwerten eines
Spannung-Strom-Verhältnisses ein elektrisches Si
gnal aktiviert wird.
2. System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Grenzwerte des Spannung-Strom-Verhältnisses
prozeßsynchron von der Datenverarbeitungseinheit
ermittelt werden.
3. System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch weitere Sensoren Umgebungsbedingungen in der
Lackieranlage erfaßt werden, wobei durch den Lackier
prozeß vorgegebene Randbedingungen an die Da
tenverarbeitungseinheit übermittelt werden.
4. System nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Umgebungsbedingungen und die Randbedingungen
die Ermittlung der Grenzwerte durch die Datenver
arbeitungseinheit beeinflussen.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Überwachung im Falle einer Reinigung des Zer
stäubers (1) für eine vorgegebene Zeit ausgesetzt
wird.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Überwachung von Frequenzspektren einer den
elektrostatischen Zerstäuber (1) speisenden Hoch
spannungsquelle erfolgt, wobei bei Überschreiten
eines vorgegebenen Grundrauschens ein Signal akti
viert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103824 DE19903824A1 (de) | 1999-02-02 | 1999-02-02 | System zur Überwachung eines elektrostatischen Zerstäubers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999103824 DE19903824A1 (de) | 1999-02-02 | 1999-02-02 | System zur Überwachung eines elektrostatischen Zerstäubers |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19903824A1 true DE19903824A1 (de) | 2000-09-14 |
Family
ID=7895965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999103824 Withdrawn DE19903824A1 (de) | 1999-02-02 | 1999-02-02 | System zur Überwachung eines elektrostatischen Zerstäubers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19903824A1 (de) |
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1999
- 1999-02-02 DE DE1999103824 patent/DE19903824A1/de not_active Withdrawn
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